Stimulation-specific effects of low intensity repetitive magnetic stimulation on cortical neurons and neural circuit repair in vitro (studying the impact of pulsed magnetic fields on neural tissue)

par Stephanie Grehl

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Jennifer Rodger et de Rachel Sherrard.

Soutenue le 17-06-2014

à Paris 6 en cotutelle avec l'University of Western Australia , dans le cadre de École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris) , en partenariat avec Développement, Réparation et Vieillissement Cérébral (laboratoire) .

Le jury était composé de Joseph Tomkins, Livia Hool, Krityn Bates.

  • Titre traduit

    Les effets de la stimulation magnétique répétée de faible intensité sur les neurones corticaux et sur la réparation des circuits neuronaux in vitro, une étude de l'impact des champs magnétiques pulsés sur le tissu nerveux


  • Résumé

    Les champs électromagnétiques sont couramment utilisés pour stimuler de manière non-invasive le cerveau humain soit à des fins thérapeutiques ou dans un contexte de recherche. Les effets de la stimulation magnétique varient en fonction de la fréquence et de l'intensité du champ magnétique. Les mécanismes mis en jeu restent inconnus, d'autant plus lors de stimulations à faible intensité. Dans cette thèse, nous avons évalué les effets de stimulations magnétiques répétées à différentes fréquences appliqués à faible intensité (10-13 mT ; Low Intensity Repetitive Magnetic Stimulation : LI-rMS) in vitro, sur des cultures corticales primaires et sur des modèles de réparation neuronale. De plus, nous décrivons une méthodologie pour la construction d'un dispositif instrumental fait sur mesure pour stimuler des cultures cellulaires.Les résultats montrent des effets dépendant de la fréquence sur la libération du calcium des stocks intracellulaires, sur la mort cellulaire, sur la croissance des neurites, sur la réparation neuronale, sur l'activation des neurones et sur l'expression de gènes impliqués. En conclusion, nous avons montré pour la première fois un nouveau mécanisme d'activation cellulaire par les champs magnétiques à faible intensité. Cette activation se fait en l'absence d'induction de potentiels d'action. Les résultats soulignent l'importance biologique de la LI-rMS par elle-même mais aussi en association avec les effets de la rTMS à haute intensité. Une meilleure compréhension des effets fondamentaux de la LI-rMS sur les tissus biologiques est nécessaire afin de mettre au point des applications thérapeutiques efficaces pour le traitement des conditions neurologiques.


  • Résumé

    Electromagnetic fields are widely used to non-invasively stimulate the human brain in clinical treatment and research. This thesis investigates the effects of different low intensity (mT) repetitive magnetic stimulation (LI-rMS) parameters on single neurons and neural networks and describes key aspects of custom tailored LI-rMS delivery in vitro. Our results show stimulation specific effects of LI-rMS on cell survival, neuronal morphology, neural circuit repair and gene expression. We show novel mechanisms underlying cellular responses to stimulation below neuronal firing threshold, extending our understanding of the fundamental effects of LI-rMS on biological tissue which is essential to better tailor therapeutic applications.


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